“0”的突破——0系新干线列车

1964年10月1日通车的东海道新干线可谓生逢其时。当时的日本正值“高度经济成长期”，经济实力的突飞猛进不断鼓舞着日本人的民族自信心，并且在东海道新干线通车10天后，第18届夏季奥林匹克运动会也在东京盛大开幕。新开通的高速铁路成为战后日本经济腾飞的象征，在日本国内外引发了强烈反响。作为第一代新干线列车、同时也是当时世界上速度最快的旅客列车，最高运行时速210公里的0系新干线列车（日语：新幹線0系電車）自然也成为万众瞩目的明星。

尽管以今天的眼光看，0系新干线列车的外型或许显得较为朴素，但在当时却称得上是相当新颖的设计。为了降低空气阻力而采用的“飞机头”造型是0系最突出的特征之一，设计者起初曾想把列车前照灯安装在这个机鼻状的车头内，不过这一奇思妙想因为种种原因最后只能放弃，最终面世的0系新干线列车的圆形车鼻内部被用来安装紧急情况下连接用的车钩。0系新干线列车采用了动力分散方式，每节车厢都自带动力系统，每两节动力车厢组成一个动力单元，每个动力单元都安装一台受电弓，确保即使有部分动力车发生故障，整个列车也仍然能够继续运行。

0系新干线列车，其车头借鉴了航空飞行器的设计

为了保证列车高速运行的安全性，新干线引入了ATC信号系统。ATC即“Automatic Train Control”（自动列车控制）的缩写，传统的铁路通过铁道两旁的信号灯、信号板等设备向司机传递行车信息，比如线路的最高限速、前方运行区间是否被其他列车占用，等等。但是，当列车运行时速超过200公里时，司机已经很难在一闪而过的瞬间通过目视确认地面信号。此外，司机一旦出现操作失误，对高速列车而言后果不堪设想。因此，新干线ATC信号系统不再采用地面信号方式，而是通过轨道电路向列车传输电码，列车接收数据后将行车信息直接显示在驾驶台上，从而消除了司机目视观察出错的可能。ATC信号系统遵循设备优先原则，当车载设备判断列车当前的运行速度超过了最高限速时，就会自动进行制动降速，杜绝了司机人为失误的可能。ATC信号系统的导入，为新干线的安全运行提供了可靠的保障。

新干线早期型ATC信号系统，当时新干线采用阶梯式分级制动方式进行列车速度控制，随着技术进步，阶梯式分级制动后来被效率更高的一次连续制动代替

当然，先行者不免会存在这样或者那样的缺陷和不足，后来人们认识到，采用全动力车编组是昂贵且不必要的（注：现代的动力分散式动车组一般会由若干节动车和若干节无动力拖车组成），另外，0系列车安装的受电弓多达8部，也带来了风阻和噪音增大的问题，因此后来的新干线列车普遍减少了配备的受电弓数量。0系新干线列车也没有考虑到在冰雪环境下运行时可能出现的问题，结果在东海道新干线开通后，一些列车在冬季运行时被从车体外壁脱落的冰块所激起的碎石道砟击伤。不过瑕不掩瑜，0系新干线列车作为世界上第一款高速列车，其设计仍然堪称经典，也为后来的许多高速列车所效仿。

在著名的《铁胆火车侠》动画中，0系新干线列车被称为“寿星号”。实际上，现实中的0系新干线列车确实服役了相当长的时间，从1964年伴随东海道新干线的开通正式投入运营、担当“光”号（日语：ひかり）和“回声”号（日语：こだま）“超特急”列车开始，直到2008年12月14日，最后的0系新干线列车才退出了商业运营，历时长达44年。在此期间，共有224组、3216辆0系列车先后投入使用，其中后续批次的0系列车也伴随时代的发展进行了一些改进升级，与最初的型号已有所不同。总的来说，44年的超长运营年限证明了0系设计的可靠，但另一方面也反映出日本铁道的尴尬。

就在东海道新干线通车的同年，日本国有铁道第一次出现了经营赤字。尽管客流火爆的东海道新干线仅用不到10年时间就收回了全部建设成本，成为日本国铁重要的财源，但这依然无法挽回国铁整体的巨额亏损。这导致财力紧张的国铁很长时间都没有精力再去开发新的高速列车，只能让原本只有12年使用寿命的0系继续老骥伏枥，或者继续制造新的0系列车来替换旧车。所幸，0系新干线列车没有辜负日本铁道的期望，它兢兢业业地服务了近半个世纪之久，直到进入21世纪。在营业生涯的末期，与各种层出不穷的新型列车相比，0系列车已经显得十分老旧而缓慢，但人们也并不苛责于这位老寿星，而是抱着怀旧和纪念的心态体验每一次乘坐0系列车的旅行。最终在2008年，背负了无数荣耀的0系新干线列车结束了辉煌的一生。

0系新干线列车主要参数

分类：动力分散式电力动车组

运营期间：1964年-2008年

最高运行速度：210km/h（早期型）& 220km/h（后期型）

编组：12节、16节（早期型）& 4节、6节（后期型）；全部为动力车

定员：987人（12节编组）/ 1407人（16节编组）

车长：400.3米（16节编组）

车宽：3.38米

车高：3.975米

车体材料：耐候钢材料

质量：970吨（16节编组）

牵引功率：11840千瓦（16节编组）

供电方式：架空接触网供电，25kV&60Hz交流电

牵引电机：185千瓦直流电机（早期型）

牵引控制方式：变压器控制

制动方式：电阻制动、电磁直通空气制动

信号系统：新干线ATC-1信号

光之传承者——100系新干线列车

东海道新干线的巨大成功给了日本政府和日本铁道以极大的鼓舞。1965年，从大阪到北九州的博多的山阳新干线也破土动工。至1975年，全长553.7千米的山阳新干线全线通车。吸取东海道新干线的经验教训，山阳新干线进一步提高了线路标准：最小曲线半径由2500米增大到4000米，线间距由4.2米增大到4.3至4.4米，东海道新干线铺设的53kg/m钢轨在山阳新干线被替换为更重的60kg/m钢轨，供电方式也由BT（吸流变压器）供电改为更先进的AT（自耦变压器）供电，后者电压损耗较小、供电距离更长、对通信的干扰较小、不易产生受电弓拉弧隐患。此外，鉴于东海道新干线采用的有砟轨道在开通后时常发生病害，山阳新干线开始大规模铺设板式无砟轨道，日后的其他新干线也大多采用了无砟轨道。这些改进措施使得山阳新干线拥有了比东海道新干线更大的提速潜力。

日本新干线使用的板式无砟轨道，其最突出的特征是中心有一个用于限制轨道板位移的圆形凸台。中国高铁也曾引进该型无砟轨道板，称为CRTS-I型板式无砟轨道（该型无砟轨道板也存在一定不足，国内目前已不常铺设）

然而，新干线的开通并没能改变日本国有铁道的经营困境，建设新线以及维持各类赤字线路的高额成本使日本国铁越来越入不敷出，频繁的罢工、事故也使得国铁焦头烂额。结果，在0系新干线列车服役后的近20年里，日本国铁居然没有投入任何一款新型新干线列车。这一时期新干线较为值得一提的探索，可能也就只有961形高速试验列车（日语：新幹線961形電車）。该型试验列车除了测试一些新技术之外，还设计了一节寝台车厢，以探索新干线开行夜间卧铺列车的可行性。1979年12月，961形试验列车在测试中达到最高时速319公里，刷新了日本铁路的速度纪录；然而，“寝台新干线”的设想最后却不了了之了。

961型高速试验列车，该型试验列车计划验证“寝台新干线”的可行性，不过最终并未实现

来自日本以外的挑战者也很快接踵而至。1981年，法国开通了首条高速铁路——从巴黎到里昂的LGV东南线。LGV东南线的最高运行时速达到了270公里，从而一举反超新干线、成为当时世界上速度最快的高速铁路，日本新干线保持了十几年的世界领先、某种程度上甚至可以说是独一无二的地位终于被打破了。法国人的后来居上，以及0系列车的日渐老化，总算是让多年来停滞不前的日本铁道产生了紧迫感。1985年10月，接替0系的新的100系新干线列车（日语：新幹線100系電車）正式投入运营。时隔20年后，象征着日本铁道最先进水平的超特急“光”号终于迎来了新的传承者。

100系新干线列车，其与0系新干线列车的外观有几分相似，也有一些不同

从外观而言，100系与0系有几分相似之处（一个直观的区别是100系的车头更尖）。100系的设计沿袭了0系的不少成功经验，同时也进行了许多改进。例如，通过重新设计车体外形，100系运行时的空气阻力相比0系大幅降低，新材料、新工艺的使用也使得100系的车体重量相对0系减轻不少，实现了车辆进一步的轻量化，再加上牵引电机功率的提升，100系的最高运行时速由0系的210公里提高到了220公里，列车加减速性能也得到一定改善——尽管如此，和法国人最新锐的TGV高速列车相比，100系的速度还是相形见绌，10公里的时速提升只能说是马马虎虎。另外，吸取0系的经验教训，100系的列车编组不再全部由动力车组成，而是包含一定的无动力拖车，受电弓数量也相应地从8部减少为3部，既有利于降低风阻和噪音，也节省了列车的制造和维护成本。

100系相对0系主要的改进还是乘车环境方面。车厢内饰细节方面的种种优化自不必说，100系在新干线列车中还首次引入了双层车厢。不过，想要在动力分散式列车、尤其是高速动车组上采用双层车厢，并不是件容易的事。双层车厢因为车体重心更高、横截面更大，不利于列车的稳定运行，也不利于降低空气阻力，因此通常需要设法压低双层车厢的车顶高度、缩小车体横截面积。但是，由于动力车的车厢地板下方安装了牵引电动机等重要设备，车厢地板高度很难压得太低，只能想办法在不安装电机的拖车上做文章。100系放弃了0系的全动力车编组，这为双层车厢的导入创造了有利条件。16节的100系列车中，有2节（部分编成为4节）拖车车厢被设置为双层车，其中一节为双层餐车，为了方便乘客欣赏旅途风光，双层车厢还特意采用了宽体车窗的设计。双层车导入后深受旅客好评，称得上是100系最成功的创新之一。

100系新干线列车的双层车厢

但是，在法国高铁异军突起的大背景下，100系终究还是显得逊色了。虽然后来100系也在制造过程中经历了多次改进，最高运营时速也进一步提升到了230公里，甚至还曾在试验中创造了272.2km/h的极限速度，证明了100系所具有的技术潜力，但是新干线进一步提速的重任终究还是只能交给新一代的新干线列车去实现了。此后的岁月里，100系和0系一样一边经历着各种零敲碎打的技术改造，一边随着运营年限的增加而慢慢走向凋零。直至2012年3月，在0系列车退出运营数年后，最后的100系新干线列车也结束了自己的告别之旅。

100系新干线列车主要参数

分类：动力分散式电力动车组

运营期间：1985年-2012年

最高运行速度：220km/h（早期型）& 230km/h（后期型）

编组：12节、16节（早期型）& 4节、6节（后期型）；16节时为12动4拖编组

定员：1277至1321人不等（16节编组，不同编成的100系载客量有所差异）

车长：402.1米（16节编组）

车宽：3.38米

车高：4.0米（单层车）/ 4.49米（双层车）

车体材料：耐候钢材料

质量：839.2吨

牵引功率：11040千瓦（16节编组）

供电方式：架空接触网供电，25kV&60Hz交流电

牵引电机：230千瓦直流电机

牵引控制方式：晶闸管相控

制动方式：电阻制动、电气指令式空气制动，拖车为涡流盘式制动

信号系统：新干线ATC-1信号

踏雪破冰——200系新干线列车

虽然日本国铁在六十年代之后陷入了经营赤字，不过日本政府新建新干线的热情却是有增无减。1970年，日本颁布了《全国新干线铁道整备法》，该法将新干线定义为“在主要区间内列车运行时速达到200公里以上的干线铁道”。彼时日本首相田中角荣正大力鼓吹“日本列岛改造论”，主张建设覆盖日本全国的高速交通网络，在政治家们的推动下，规模宏大的新干线建设计划很快便提上日程，东京至盛冈的东北新干线、东京至新潟的上越新干线先后开始施工。

然而另一方面，在开通近十年后，新干线也面临着越来越多的问题和挑战。作为世界上第一条高速铁路，东海道新干线没有前人的经验可循，因此不可避免存在一些设计缺陷。例如，东海道新干线所使用的有砟轨道由于线路长期高负荷运行，道砟粉化、飞砟、板结和翻浆冒泥等病害逐渐加重，所使用的53kg/m钢轨也难以承受高速列车长期高密度运行带来的磨损，BT供电系统也被发现容易产生受电弓拉弧烧损的问题。为此从70年代中期开始，国铁不得不对东海道新干线进行大规模检修，对道砟进行更换和重新捣固，将钢轨替换为更重的60kg/m钢轨，后来又将供电系统升级为更先进的AT供电。此外，由于东海道新干线隧道横截面积较小，高速列车进出隧道时产生的隧道微气压波所带来的噪音和振动令沿线居民不堪其扰，一些钢结构桥梁也因减震效果不佳而产生噪音和振动问题。1974年，名古屋市的部分居民就新干线噪音公害向国铁提出集体诉讼，随后，在建的东北、上越新干线工程也引发了部分沿线居民的抗议，令新干线的前途蒙上了一层阴影。

1974年，名古屋市的部分居民就新干线的噪音和振动等环境公害问题向日本国有铁道提起集体诉讼，最终国铁方面同意对原告进行赔偿，在线路两旁增设声屏障，开发行驶噪音更低的新型列车等等

1982年，东北、上越新干线总算是克服重重阻力初步实现通车。在新线开通的同时，新的200系新干线列车（日语：新幹線200系電車）也首次投入运营。由于东北、上越新干线途径日本东北部和日本海沿岸地带，沿线地区冬季寒冷多雪，这对高速列车的耐雪、耐寒性能提出了较高的要求。200系新干线列车因此进行了针对性的强化，在车头部安装了除雪铲，用以清除轨道上的积雪，车厢底部则采用全包覆设计，以防车底设备被溅落的冰块击伤，此外还将列车进气口从车底部改到了车体侧面、并安装除雪器，以防电机等重要设备吸入积雪。然而，防寒性能强化的另一个后果是列车自重的增加，为此200系新干线列车首次使用了轻量化的铝合金材料，取代了0系的耐候钢材料。尽管如此，12节编组的200系列车的总重量还是达到了697吨，相较100系来说确实要重了不少（注：16节编组的100系为839.2吨）。

200系新干线列车（H5编成），车头部安装有除雪铲，注意编组中含有双层车厢

与0系、100系一样，200系也经历了相当漫长的运营时期，期间也进行了诸多改进升级。从1984年起，东北新干线的200系列车最高运行时速提高到了240公里，成为当时新干线运营速度之最。90年代后期，部分200系列车又进行了一次技术改造，提高了受电弓、列车制动系统和ATC信号系统的性能，改造后的200系列车在上越新干线的最高运行时速达到275公里，即使和当时最新型的300系新干线列车相比也不落下风，显示了200系优秀的高速性能。还有部分运行在东北新干线的200系列车也和100系一样导入了双层车厢。不过，随着90年代后期以来各种新型新干线列车投入运营，老旧的200系列车也不可避免地逐渐走向凋零。2013年4月，在服役31年之后，最后的200系列车退出了商业运营。

200系新干线列车主要参数

类型：动力分散式电力动车组

运营期间：1982年-2013年

最高运行速度：210km/h（初期型）& 240km/h（后期型）& 275km/h（改进型）

编组：8节、10节、12节、13节（含双层车）、16节（含双层车）；早期型为全动车编组，后期型为动拖车混编

定员：749人（10节）/ 895人（12节）/ 1235人（16节）

车长：300.3米（12节编组）

车宽：3.38米

车高：4.0米（单层车）/ 4.47米（双层车）

车体材料：铝合金材料

质量：697吨（12节编组）

牵引功率：11040千瓦（12节编组）

供电方式：架空接触网供电，25kV&50Hz交流电

牵引电机：230千瓦直流电机

牵引控制方式：晶闸管相控

制动方式：电阻制动、电气指令式空气制动

信号系统：新干线ATC-2信号（早期）/ 新干线DS-ATC信号（后期）

【待续】

国外高速列车图鉴——日本新干线篇（2）